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走出目前:塔塔研究人员解决农村电气化

在麻省理工学院的技术和设计中心,研究人员正在探索使用Microgrids在印度的农村社区扩展电力的方法

凯瑟琳奥尼尔 · 2015年12月14日 · Mitei.

印度超过3亿人无法获得电力电力,问题在农村社万博体育平台网页区中特别令人痛苦,这可能难以与电网电力达成。

在麻省理工学院的技术和设计中心,研究人员正在探索使用微电网独立的电力发电和分配系统延长电力接入的途径,这些公共电力发电和分销系统,这些村庄或甚至只是几房。除了灵活的尺寸外,Microgrids还可以在可用的任何电源上运行,包括风,水电,以及所有站点可访问的源:太阳能。

“众多人,特别是印度农村,几十年来,南万博体育平台网页亚其他地区和[in]撒哈拉以南非洲的情况相似。该统计数据表示,全球有125亿人缺乏电力,但更多的人没有可靠的访问权限,万博体育平台网页“麻省理工学院能源倡议(MITEI)和塔塔中心主任和塔塔中心主任的副主任Robert Stoner说。156manbetx.com“我们正在寻找能够为每个人提供电力的方法,而不必经历延长[国家]电网的昂贵和耗时的过程。以规范和融资的形式提供政策支持......可以想到微电网可以很快增殖。它们可能无法提供相当于由管理良好的网格提供的访问量,但将在生活质量方面提供经济实惠和重要的一步。“

微电网可以由柴油发电机或可再生技术供电,其中太阳能在太阳能落下的成本中变得更加吸引力。“如果你使用太阳能,[燃料是基本上免费的,”Rajeev Ram说,电气工程系和塔塔中心研究人员MIT教授说。另外,他说,“微电网很有吸引力,因为他们让你池资源。”

尽管如此,微电网的广泛采用已经被几种挑战推移,包括建立私人一代和分配系统的高成本以及投资一种易受电网的延伸削弱的系统的业务风险。

在塔塔中心,研究人员正在解决多个角度 - 从绘制国家电气化网络,向农村企业家提供规划援助,以开发能够使其更容易有机地构建微生物的技术,从基层开始。实际上,研究人员表示,适当设计的微电网可以兼容网格,降低投资者的风险,并为电网连接提供中间阶段,在技术上和经济上可行。

“每个人都同意我们必须缩放微电网”以解决农村电气化差距,这是一个塔塔·斯塔科斯表示,这是一个在Microgrids的Tata Spatocco表示,作为MIT材料科学与工程博士候选人。他说,问题是“不是一种尺寸适合所有人”。

参考电气化模型

为了解决宏观水平的微电网挑战,由STONER和IgnacioPérez-Arriaga领导的塔塔研究人员是西班牙Madrid Comillas大学的MIT Sloan大学的MIT Sloan Management学院的访问教授,一直在开发和实施一个复杂的计算机计划这有助于政府规划者确定为所有潜在客户提供电力的最佳方式。

参考电气化模型(REM)拉动信息形成一系列数据集 - 在印度包括卫星图像,印度人口普查和印度的国家样本调查,这些调查包括规划目的的统计数据。然后,REM将数据确定延长电网的位置最具成本效益,并且在其他解决方案(例如MicroGrid甚至孤立的家用太阳系)也会更加实用。

“从规划者和监管机构的角度来看,我们正在接近农村电气化问题,”Stoner说。

卫星图像用于将建筑物映射到给定位置,并根据建筑物的类型和轮廓估计需求。然后,REM将这些设备上的定价和技术数据用作太阳能电池板,电池和接线,以估计栅格的电气化成本,并为推荐系统进行初步工程设计。该模型基本上产生了最低成本的电气化计划的快照,好像可以在一夜之间建立一夜之间。

“这是一种技术工具,[官方]可以用来告知政策决策,”米蒂奥·普拉加拉(Claudio Vergara)在REM项目上工作的Mitei Proddoctoral助理员工。“我们并不试图告诉他们计划应该是什么,但我们帮助他们比较不同的选择。在完成决定并收集有关网站的详细信息后,REM可用于生产更详细的设计以支持三种电气化模式的实现。“

目前,塔塔研究人员正在使用REM来模拟Vaishali的电气化计划,该计划是在印度的比哈尔邦的350万人。万博体育平台网页“我们正在将系统设计为每个房子,”Stoner说。

在项目中,REM的结果用于识别Vaishali的最佳位置,用于微电网(见图)。2015年7月,该团队访问了两个候选地点,每个候选地点,每个候选地点都有70到250所房屋,REM现在将用于生产详细的技术设计,显示为电气过滤器所需的所有设备和布线。然后,vergara说,当地的塔塔伙伴将通过实际构建微电网来将REM放入测试中。“飞行员将有助于我们改善模型,”Vergara说。“我们现在正在进行许多建模假设,所以我们需要真实的验证。”

一旦软件完善,Stoner表示,研究人员计划公开可用。

栅格形式

在TATA中心正在进行另一个项目,解决了潜在的微电网企业家的障碍。这些业务面临着几个障碍,包括确定最具成本效益的项目的高成本。India’s government and public utilities often provide no information about where the electric grid is likely to be extended next, and calculating the likely demand for electricity in a village typically requires costly, on-the-ground research—all of which makes it tough for any potential microgrid entrepreneur to make the case for profitability and to secure financing.

三个麻省理工学院研究生和邮局正在努力发展栅格形式,一种迅速识别,数字化和模型农村开发地点的规划框架,其目标是自动化为小村庄设计微电网所需的一些工作。

优化的微电网布局和村庄的成本估算

这款Bihar村的Gridform模型在印度Bihar in India,显示了社区负载概况的最佳布局。每个建筑物,通过向该结构提供电力的成本(印度卢比)进行颜色编码,用于中心生成/存储节点(实线),节点彼此连接(虚线)。

“为每个村庄做自定义系统会对公司的工作产生如此多的工作,并在人力资源负担中 - 它不能扩大,”Spatocco说。“我们正试图加快规划片,所以[企业家]可以为更多的人提供服务并降低成本。”万博体育平台网页

与REM一样,GridForm从卫星数据开始,但GridForm继续使用高级机器学习,以更高的细节模拟各个村庄。“我们会说这是一个房子,这是一个房子,奔跑,机器学习房子的属性,如尺寸和形状,”spatocco说。目标是生产目标村的硬件和成本模型,在任何人访问网站之前,目标村的硬件和成本模型。

GridForm还基于诸如人口统计数据和建筑物附近的因素来开发负载估计,并提供具有潜在微电网设计的企业家,甚至是必要的设备。该程序在太阳辐射上融入了数据集,并使用算法确定太阳能电池板,电池组和配电线的最佳配置,以最低的成本为最大的房屋供电。

“我们从打坐计划实施 - 整个过程中都提供了一切,”电气工程和计算机科学的博士学生Kendall Royocin说,在Gridform上工作。在该项目上工作的另外两位研究人员是乔治·陈博博士,博士博士博士教学研究员,以及博士生博士学位,健康科技和技术。

研究人员所说的来自REM的主要区别在于Gridform设想电气化从地下而不是从上开一下。“我们认为农村企业家将发电,”Spatocco说。“我们希望创造在地面上的从业者立即有用的见解 - 购买什么,它会花费什么,何处。”

已经使用GridForm已经用于在比哈尔邦的四个村庄开发详细的微电网计划,该团队正在与印度社会企业Selco Solar合作,为2,000到3,000人提供服务。万博体育平台网页

ulink.

第三个塔塔中心项目侧重于通过使居民通过廉价的硬件与邻居分享额外的发电能力,培养微电网的有机生长ulink.电源管理单元(PMU)。

一个“需求响应”系统,仪表和控制电流,ULINK可以根据可用的电力供应来调整它服务的需求。该系统反映了一种创新的电气化方法,RAM表示 - 承认发达国家中常见的通用标准对于穷人,偏远地区的电气化标准是不切实际的。建立在系统冗余中,以确保99.9%可用性在印度的昂贵过于昂贵,尤其是不现实的,即使电网服务的区域也受到停电的困扰。

“这里我们可以保证基本的服务水平,但我们不保证99.9%,”Ram说。“这是管理电力基础设施成本的强大方法。需求响应允许您为平均需求进行大小,与峰值需求相比。“

使用ULINK采用对等电分享的示例微电池

Ulink的电源管理单元(PMU)显示在连接生成源,电池和负载中,以形成ad Hoc Microgrid。单位内的复杂计算电源可以在整个微电网中自动传输电源和信息,这可能有一天使用移动电话系统(AKA GSM网络)进行支付和系统监控。

What that means is that when the sun is shining and batteries are fully charged, microgrid customers can run all of their appliances, but when it’s been cloudy for a few days and the system is low on power, uLink can signal users to shut off loads; as a last resort, it can even shut off loads automatically. Automating this function eases the social difficulty of sharing electricity, the researchers say. Once users have pooled their resources, there’s no need to argue over who can use which appliances; uLink allots electricity based on which loads have been predetermined as “critical” and therefore not subject to shutoff when system demand peaks. Everything else can be shut off by uLink as needs arise.

用户本身确定了哪些负载是“至关重要”,提供了一种不太在家庭太阳能系统中看到的选择元素,其载重。Ulink具有多个插座,使用户能够插入各种设备。以最大容量,初始原型低压,直流系统提供约25瓦,足以运行风扇,手机充电器和几个灯。

“最困难的部分正在制作一个以人们提供的成本负担得起的所有这些功能的盒子,”RAM说,注意到ULINK消费者单位旨在花费尽可能多的手机,使其万博体育平台网页能够为大多数印度村民提供价格实惠。

Ulink在2015年6月 - 五六月测试了五个房屋,共同连接了两周 - 以及交付,计量和网络系统的运作良好。开发人员的下一个里程碑是测试算法,旨在估计系统的电池和太阳能电池板提供的电量和最佳棚载荷。“这绝对是一项正在进行的工作,”Ram说。

实际上,所有三个塔塔中心项目仍在精制,但它们在一起为农村电气化问题提供了丰富的潜在解决方案,其中许多研究人员首先看到的效果。

“电力不仅仅是赋权。这是一种能力的力量。“电力进入生计活动”,“Spatocco说,注意到只有几盏灯可以让居民在晚上工作,或者通过简单的机械(如缝纫机)提高他们的效率。“万博体育平台网页人们可以翻倍或三倍的经济产出。”

西方的少数人可能会想象,因为通过面试一个非电气印度村的居民发现的公羊:“他们传达了在村里有一条蛇的恐惧,如果没有人有光明,就会有多么令人恐惧。”


该研究得到了技术和设计的麻省理工学院塔塔中心。Gridform上的工作也接受了麻省理工学院的支持想法全球挑战。REM计划还受益于印度以外的其他研究,由Enel基金会和Iberdrola提供支持。迄今为止的出版物包括以下内容:

W. Inam,D. Strawser,K.K.Afridi,R.J.RAM和D.J.遗失。微电网与点对点电力共享的架构和系统分析,以创建能源访问的市场。第9次国际电力电子会议(ICPE 2015-ECCE亚洲),2015年6月。

K.R.瓦尔斯特,G.H.Chen,B. Abelson,K. Nowocin,V.Sakhrani,L.Xu和B.L.spatocco。“使用卫星图像分析为针对农村发展的村庄。”大数据,卷。3,不。1,pp。1-13,2015。


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